本发明涉及适用于搭载于车辆等而显示各种影像信息的车辆用影像显示装置。
背景技术：
近年来，作为将影像重叠于现实空间而显示的技术之一，在车辆的前挡玻璃(还称为挡风玻璃)显示各种信息的车辆用影像显示装置(所谓抬头显示器(以下记作hud))得到实用化。例如，通过作为显示的影像信息提供面向驾驶员的信息，能够支援车辆的驾驶操作。
hud的基本结构为将光学生成的影像投射到前挡玻璃，反射的影像光入射到驾驶员的眼睛，驾驶员能够在前挡玻璃的前方视觉辨认其虚像。此时，根据驾驶员的眼睛的位置(视点)，影像(虚像)的样子是不同的。即，在从hud投射的影像光的方向和驾驶员的眼睛的位置不一致时，驾驶员无法正常地视觉辨认影像。
因此，为了与驾驶员的眼睛的位置对应地调整投射方向，hud具备使生成的影像光向前挡玻璃反射的反射镜(凹面镜)和改变反射镜的角度的反射镜驱动机构(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-107391号公报
技术实现要素：
以专利文献1为首以往的hud虽然具备改变反射镜的角度的反射镜驱动机构，但仅具有使反射镜旋转的功能。因此，驾驶员虽然能够根据眼睛的高度调整反射镜的角度而以对影像(虚像)进行视觉辨认的方式设定，但导致影像的样子变化。例如，有可能前挡玻璃面的反射位置、虚像成像的位置移动而遮挡驾驶所需的前方的视场的一部分。或者，有时俯视影像的角度(俯角)变化而给驾驶员带来不协调感。
另外，有时希望使影像的显示位置不仅根据驾驶员的眼睛的位置移动而且还根据驾驶操作、道路状况而移动。也需要通过简单的构造实现为此的显示位置移动功能。
本发明的目的在于提供一种即使驾驶员的眼睛的位置变化也能够通过简单的构造更适宜地对影像进行视觉辨认的车辆用影像显示装置。
本发明为了解决上述问题，提供车辆用影像显示装置，搭载于车辆，通过向挡风玻璃投射影像光而使虚像成像于该挡风玻璃的前方来对驾驶员显示影像，其特征在于，具备：影像显示部，具有光源和显示元件，射出所述影像光；反射镜，使从所述影像显示部射出的所述影像光向所述挡风玻璃反射；反射镜驱动部，使所述反射镜的角度和位置变化；以及控制部，确定所述反射镜的角度和位置的变化量来控制所述反射镜驱动部，所述控制部使所述反射镜的角度和位置的变化量连动地进行确定，以使得即使所述驾驶员的眼睛的位置变化也能够对所述虚像进行视觉辨认并且针对所述驾驶员的影像的显示状态不变化。
优选，所述反射镜驱动部具备连杆机构，该连杆机构具备包括使所述反射镜旋转的旋转马达的3个旋转马达和连结各旋转马达的2个可动臂。
根据本发明，能够提供即使驾驶员的眼睛的位置变化也能够通过简单的构造更适宜地对影像进行视觉辨认的车辆用影像显示装置。
附图说明
图1是说明搭载于车辆的抬头显示器的概要的示意图。
图2是示出抬头显示器100的内部结构的框图。
图3是示出与车辆信息的获取相关的硬件结构的例子的图。
图4是示出基于抬头显示器的影像显示状态的示意图。
图5是示出抬头显示器的基本动作的流程图。
图6是示出图5的处理的详细内容的流程图。
图7是说明以往的反射镜调整方式1的图。
图8是说明本实施例的反射镜调整方式2的图(实施例1)。
图9是说明本实施例的反射镜调整方式3的图。
图10是说明本实施例的反射镜调整方式4的图。
图11是示出反射镜驱动部4的调整机构的例子的图。
图12是说明基于图11(b)的调整机构的调整动作的图。
图13是示出反射镜调整机构的解析模型的图。
图14a是示出反射镜调整方式1(以往)的情况的解析结果的图。
图14b是示出反射镜调整方式1(以往)的情况的解析结果的图。
图15a是示出反射镜调整方式2(本实施例)的情况的解析结果的图。
图15b是示出反射镜调整方式2(本实施例)的情况的解析结果的图。
图16a是示出反射镜调整方式3(本实施例)的情况的解析结果的图。
图16b是示出反射镜调整方式3(本实施例)的情况的解析结果的图。
图17a是示出反射镜调整方式4(本实施例)的情况的解析结果的图。
图17b是示出反射镜调整方式4(本实施例)的情况的解析结果的图。
图18是示出为了反射镜自动调整而使用的车辆内各种传感器的例子的图(实施例2)。
图19是示出反射镜自动调整的动作的流程图。
图20是示出实施例3的抬头显示器的内部结构的框图。
图21是示出与车辆信息的获取相关的硬件结构的例子的框图。
图22是示出从驾驶席观察到的影像显示状态的例子的图。
图23是示出影像显示动作的车辆内的剖面图。
图24是示出影像显示动作的车辆内的俯视图。
图25a是示出hud驱动部的具体的驱动机构的图。
图25b是示出hud驱动部的具体的驱动机构的图。
图26是示出基于hud位置调整的显示区域移动动作的流程图。
图27是示出实施例4的从驾驶席观察到的影像显示状态的例子的图。
图28是示出影像显示动作的车辆内的剖面图。
图29是示出基于投射角和反射镜位置调整的显示区域移动动作的流程图。
图30是示出实施例5的从驾驶席观察到的影像显示状态的例子的图。
图31是示出影像显示动作的车辆内的剖面图。
图32是示出基于调光反射镜的反射/非反射状态的切换的显示区域移动动作的流程图。
图33是示出实施例6的从驾驶席观察到的影像显示状态的例子的图。
图34是示出影像显示动作的车辆内的剖面图。
图35是示出基于反射镜运动的放大影像显示动作的流程图。
(符号说明)
1：车辆；2：影像显示装置；3：反射镜；4：反射镜驱动部；5：车辆信息获取部；6：扬声器；7：挡风玻璃；8：驾驶员的眼睛(视点)；9：虚像；10：控制部；11：电子控制单元(ecu)；15：光源调整部；16：失真校正部；17：显示元件驱动部；18：反射镜调整部；19：重心计算部；21：光源；23：显示元件；24：hud位置调整部；25：hud驱动部；26：投射角调整部；27：投射角驱动部；28：调光反射镜控制部；29：调光反射镜电压供给部；30：调光反射镜；41、42、43：旋转马达；44、45：可动臂；50：车辆信息；65：重心位置；70：挡风玻璃反射位置；100、100a：抬头显示器(hud)；119：重量传感器；120：位置传感器。
具体实施方式
首先，说明车辆用影像显示装置的基本结构。
图1是说明搭载于车辆的抬头显示器(headupdisplay，以下记作hud)的概要的示意图。搭载于车辆1的hud100将由影像显示装置2生成的影像光经由反射镜3投射到车辆1的前挡玻璃(以下称为挡风玻璃7)。被挡风玻璃7反射的影像光入射到驾驶员的眼睛，驾驶员对来自hud的影像进行视觉辨认。显示的影像包括与驾驶关联的信息，支援驾驶操作。hud100的内部具有获取各种车辆信息50的车辆信息获取部5、据此生成要显示的影像信息的控制部10、驱动反射镜3的反射镜驱动部4以及向驾驶员输出声音信息的扬声器6等。在车辆信息50中，除了包括表示车辆的驾驶状态的速度信息、传动装置信息等以外，还包括与hud的反射镜3的调整关联的hud显示on/off(接通/断开)信号、hud反射镜调整信号等驾驶员的操作信号。
图2是示出hud100的内部结构的框图。各种车辆信息50被输入到车辆信息获取部5而被送到控制部10。控制部10内的电子控制单元(ecu，electroniccontrolunit)11根据输入的车辆信息生成由hud显示的影像信号。另外，根据车辆信息生成针对反射镜3的控制信号、扬声器6的声音信号。影像显示装置2包括led、激光器等光源21、照明光学系统22、液晶元件等显示元件23，将由显示元件23生成的影像光向反射镜3射出。
控制部10内具有向扬声器6输出声音信号的声音输出部12、储存ecu11执行的程序的非易失性存储器13、存储影像信息、控制信息的存储器14、控制影像显示装置2的光源21的光源调整部15、校正要显示的影像信号的失真的失真校正部16、根据校正后的影像信号驱动显示元件23的显示元件驱动部17、对反射镜驱动部4输出驱动信号的反射镜调整部18、计算驾驶员的重心位置的重心计算部19等。
图3是示出hud中的与车辆信息50的获取相关的硬件结构的例子的图。在此，主要示出车辆信息获取部5以及控制部10的一部分的硬件结构。例如，在ecu11的控制下，通过与ecu11连接的各种传感器等信息获取设备进行车辆信息50的获取。
作为这些信息获取设备，例如具有车速传感器101、移位传感器102、驾驶盘转向角传感器103、前灯传感器104、照度传感器105、色度传感器106、测距传感器107、红外线传感器108、引擎起动传感器109、加速度传感器110、陀螺仪传感器111、温度传感器112、路车间通信用无线接收机113、车车间通信用无线接收机114、照相机(车内)115、照相机(车外)116、gps接收机117以及vics(vehicleinformationandcommunicationsystem：道路交通信息通信系统，注册商标(下同))接收机118、重量传感器119、位置传感器120、hud显示on/off传感器121、hud反射镜调整传感器122等各设备。无需一定具备这些所有设备，也可以具备其他种类的设备。能够适当地使用能够由所具备的设备获取的车辆信息50。
车速传感器101获取车辆1的速度信息。移位传感器102获取车辆1的当前的传动装置信息。驾驶盘转向角传感器103获取驾驶盘转向角信息。前灯传感器104获取与前灯的on/off相关的灯点亮信息。照度传感器105以及色度传感器106获取外部光线信息。测距传感器107获取车辆1与外部的物体之间的距离信息。红外线传感器108获取与车辆1的近距离处的物体的有无、距离等相关的红外线信息。引擎起动传感器109检测引擎on/off信息。
加速度传感器110以及陀螺仪传感器111获取包括加速度、角速度的加速度陀螺仪信息作为车辆1的姿势、动作的信息。温度传感器112获取车内外的温度信息。路车间通信用无线接收机113以及车车间通信用无线接收机114分别获取车辆1与道路、标识、信号等之间的通过路车间通信接收到的路车间通信信息以及车辆1与周边的其他车辆之间的通过车车间通信接收到的车车间通信信息。
照相机(车内)115以及照相机(车外)116分别对车内以及车外的状况的运动图像进行拍摄而获取照相机影像信息(车内/车外)。照相机(车内)115例如对驾驶员的姿势、眼睛的位置、活动等进行拍摄。通过解析所得到的运动图像，例如能够掌握驾驶员的疲劳状况、视线的位置等。另外，照相机(车外)116对车辆1的前方、后方等周围的状况进行拍摄。通过解析所得到的运动图像，例如能够掌握周边的其他车辆、人等移动物体的有无、建筑物、地形、路面状况(雨、积雪、结冰、崎岖等)等。
gps接收机117以及vics接收机118分别获取接收gps信号而得到的gps信息以及接收vics信号而得到的vics信息。也可以获取这些信息并组装为利用的车辆导航系统的一部分。
重量传感器119以及位置传感器120检测驾驶员的位置和姿势。hud显示on/off传感器121检测hud的电源是on的状态还是off的状态。hud反射镜调整传感器122检测hud反射镜的调整信号，获取是否实施反射镜调整处理的信息。
此外，虽然设为各种传感器存在于hud的外部，但hud关联的传感器(121、122等)也可以设置于hud的内部。
图4是示出hud的影像显示状态的示意图。从在车辆1的仪表板的下部设置的影像显示装置2射出显示用的影像光。影像光被第1反射镜3b和第2反射镜3a(例如凹面反射镜、自由曲面反射镜、具有光轴非对称的形状的反射镜等)反射，向挡风玻璃7被投射。第1反射镜3b被固定，第2反射镜3a能够通过反射镜驱动部4而旋转。在以下说明中，将第2反射镜3a简称为“反射镜3”。
通过从反射镜3汇集而被投射的影像光被挡风玻璃7反射并入射到驾驶员的眼睛8而在网膜上成像，从而能够对影像进行视觉辨认。此时，驾驶员看到存在于挡风玻璃7的前方的虚像9。用符号70表示挡风玻璃7中的影像光的反射位置。即，驾驶员在反射位置70的前方方向看到虚像9。
图5是示出hud的基本动作的流程图。(a)示出初始动作，(b)示出包括各种调整的通常动作。通过控制部10的电子控制单元(ecu)11控制以下的处理，依照流程说明处理内容。
在(a)的初始动作(s100)中，在通过引擎起动传感器109接受到电源(点火)on的信号时(s101)，通过车辆信息获取部5获取车辆信息50(s102)。首先，根据由照度传感器105得到的外部光线信息，计算合适的明亮度水平(s103)，控制光源调整部15来设定光源21的明亮度水平(s104)。另外，从获取到的车辆信息50中抽出驾驶员选择出的信息(例如当前的车速信息)，确定要显示的影像(s105)。通过失真校正部16对显示影像校正在投射光学系统(例如挡风玻璃7的曲面形状)产生的影像失真(s106)。通过显示元件驱动部17对显示元件23供给驱动信号(s107)。通过hud显示on/off传感器121判定是否接受到on信号(s108)，待机至接受到on信号(s109)。在接受到on信号时，使影像显示装置2的光源21点亮，开始影像的投射显示即hud的通常动作(s110)。
在(b)的通常动作(s110)中，继续经由车辆信息获取部5获取车辆信息50(s111)。判定是否接受到来自hud反射镜调整传感器122的反射镜调整信号(s112)，在接受到的情况下实施反射镜调整处理(s113)。在反射镜调整处理中，通过反射镜驱动部4调整反射镜3的角度等，后面叙述详细内容。之后，实施显示影像的明亮度水平调整处理(s114)和显示影像的变更处理(s115)，控制显示元件而更新显示(s116)，后面叙述详细内容。通过hud显示on/off传感器121判定是否接受到off信号(s117)，在接受到off信号以前反复进行从s111开始的处理。在接受到off信号时，使影像显示装置2的光源21熄灭，结束影像的投射显示(s118)。
图6是示出图5的处理的详细内容的流程图，(a)示出反射镜调整处理(s113)，(b)示出明亮度水平调整处理(s114)，(c)示出显示影像变更处理(s115)。
在(a)的反射镜调整处理(s200)中，在通过驾驶员的操作从hud反射镜调整传感器122接受到反射镜调整信号时，反射镜调整部18确定调整量，反射镜驱动部4使反射镜3正向(或者反向)旋转(s201)。判定反射镜调整信号是否消失(s202)，在接受到信号的期间，持续旋转(s203)。在驾驶员中止操作而信号消失时，使反射镜3的旋转动作停止(s204)，结束调整处理(s205)。s201中的反射镜3的旋转方向(正/反)能够由驾驶员选择，或者也可以在达到旋转末尾时自动地切换旋转方向(正/反)。由此，驾驶员能够一边观察hud的显示影像一边将反射镜3调整到最佳的角度。
在(b)的明亮度水平调整处理(s210)中，根据由照度传感器105得到的当前的外部光线信息计算合适的明亮度水平(s211)。判定是否需要变更明亮度水平(s212)，在需要变更的情况下，控制光源调整部15来变更光源21的明亮度水平并设定(s213)。由此，结束明亮度水平的调整(s214)，以后，以变更后的明亮度水平进行影像的显示。
在(c)的显示影像变更处理(s220)中，根据最新的车辆信息50变更显示影像的内容(s221)。例如，根据来自车速传感器的当前的速度信息变更显示速度，根据来自gps接收机、vics接收机的导航信息变更引导箭头的显示。当然，显示的项目能够由驾驶员选择，在项目被变更的情况下切换为与新的项目对应的内容。这样，确定基于最新信息的显示影像而供给到显示元件23(s222)，结束变更处理(s223)。
以上是车辆用影像显示装置(抬头显示器)的基本结构和基本动作。接下来，通过实施例来说明本发明中与驾驶员的眼睛的位置对应地适当调整反射镜的旋转、位置的机构。
实施例1
在实施例1中，说明本发明的抬头显示器(hud)的反射镜调整机构的例子，为了易于理解，与以往的调整机构进行比较来说明。
图7是说明以往的反射镜调整方式1的图。从影像显示装置2射出的影像光被反射镜3反射，在挡风玻璃的反射位置70反射而入射到驾驶员的眼睛8，驾驶员视觉辨认为虚像9。在由于驾驶员的身高而眼睛8的位置(以下称为视点)如a、b、c那样变化时，有时从影像显示装置2射出的影像光无法入射到各个视点，或者即使能够入射但会缺失影像的一部分。为了应对于此，在以往的调整方式1中，设有通过反射镜驱动部4使反射镜3轴旋转的机构。由此，通过与驾驶员的视点对应地如a、b、c那样调整反射镜3的旋转位置，驾驶员能够对虚像9进行视觉辨认。
然而，在该调整方式1中设有仅反射镜的旋转机构，所以在驾驶员对显示影像进行视觉辨认时，以下的现象成为相伴的问题。
(1)由于挡风玻璃的反射位置70如a、b、c那样移动，所以驾驶员的视线与挡风玻璃交叉的位置移动。
(2)驾驶员俯视虚像9的视线的角度(以下称为俯角)变化。
(3)驾驶员视觉辨认的虚像9的位置如a、b、c那样移动。
这些移动(变化)都给驾驶员带来不协调感。在(1)～(3)的变化大的情况下，有可能遮挡驾驶所需的挡风玻璃的前方的视场的一部分，所以不优选。此外，虽然也能与驾驶员的视点对应地上下调整hud整体或者投射光学系统整体的机构，但存在移动机构大型化的缺点。
因此，在本实施例中，构成为反射镜驱动部4不仅具备反射镜的旋转机构还具备反射镜的移动机构来解决上述问题。即，通过反射镜移动机构，能够使反射镜的旋转轴的位置在上下方向和前后方向上容易地移动。以下，说明具体的调整方式2、3、4。
图8是说明本实施例的反射镜调整方式2的图。在调整方式2中，应对上述(1)的问题而使挡风玻璃的反射位置70固定。
反射镜驱动部4不仅能够进行反射镜3的旋转，还能够使反射镜旋转轴在上下方向和前后方向上移动。在驾驶员的视点8如a、b、c那样变化的情况下，如图8那样组合反射镜3的旋转和移动而设定为a、b、c的状态，由此挡风玻璃的反射位置70能够不移动而固定在1个位置。此外，后面叙述设定条件的具体例。
图9是说明本实施例的反射镜调整方式3的图。在调整方式3中，应对上述(2)的问题而使驾驶员的俯角固定。
在驾驶员的视点8如a、b、c那样变化的情况下，反射镜驱动部4如图9那样在使反射镜3的旋转角保持固定的状态下移动到a、b、c的位置，由此能够将驾驶员的俯角θ1固定为固定的角度。后面叙述该情况下的设定条件的具体例。
图10是说明本实施例的反射镜调整方式4的图。在调整方式4中，应对上述(3)的问题而使驾驶员视觉辨认的虚像9的位置固定。
在驾驶员的视点8如a、b、c那样变化的情况下，如图10那样组合反射镜3的旋转和移动而设定为a、b、c的状态，由此能够固定驾驶员视觉辨认的虚像9的位置。后面叙述该情况下的设定条件的具体例。
这样，根据调整方式2～4组合反射镜3的移动机构，从而能够分别解决以往的问题(1)(2)(3)。另外，驾驶员能够根据驾驶状况、视野状况从调整方式2～4中选择合适的方式而实施(此时，也可以在选项中包含调整方式1)。
图11是示出反射镜驱动部4的调整机构的例子的图。(a)是以往的调整方式1的情况，(b)是本实施例的调整方式2～4的情况。
在(a)的以往的调整机构中，反射镜驱动部4构成为利用组装于固定臂49的单一的旋转马达40使反射镜3旋转。相对于此，在(b)的本实施例的调整机构中，反射镜驱动部4构成为使用3个旋转马达41、42、43和2个可动臂44、45使反射镜3旋转以及移动。
图12是说明图11(b)的调整机构的调整动作的图。如(a)那样将反射镜3组装于旋转马达43，旋转马达43经由包括2个可动臂44、45和旋转马达41、42的连杆(link)机构固定于框体。通过使各旋转马达在预定方向上旋转，能够使反射镜3的高度位置如(b)那样下降或者如(c)那样上升。(d)中利用计算式表示反射镜3的移动位置l3(x，y)，能够根据可动臂44、45的长度l1、l2和旋转马达41、42的旋转角θ1、θ2移动到期望的位置。当然，能够以旋转马达43的旋转角θ3提供反射镜3的旋转角。
此处所示的反射镜调整机构能够由简单的构造实现，所以hud装置不会大型化而能够容易地搭载于车辆。
以下，示出在上述各调整方式1～4中用于追踪视点的位置的变化的反射镜3的调整量(位置和旋转角)的解析结果。
图13是示出反射镜调整机构的解析模型的图。在解析中，将视点8的坐标设为(x1，y1)，在高度方向上如a(y1＝+100mm)、b(y1＝0mm)、c(y1＝-100mm)那样变化时，求出用于追踪其的反射镜3的坐标(x2，y2)和旋转角(θ2)。进而，计算此时的挡风玻璃的反射位置70的坐标(x3，y3)、虚像9的中心坐标(x4，y4)、俯视虚像9的俯角(θ1)的变化。
作为解析的前提条件，将至虚像9的距离假设为2000mm，将挡风玻璃7的倾斜角θ0假设为30deg，将视点的基准位置(b位置)处的俯角θ1假设为8deg，将挡风玻璃假设为平面玻璃。用于能够在各视点正常地视觉辨认影像的条件是挡风玻璃反射位置70处的影像光的入射角α1和反射角α2相等、光路长r1+r2固定。
图14a和图14b示出图7的反射镜调整方式1(以往)的情况的解析结果。将针对各视点a、b、c的解析结果在图14a中用表格示出、在图14b中用图形示出。在调整方式1中，使反射镜的中心坐标(x2，y2)固定，仅改变反射镜的旋转角(θ2)。因此，挡风玻璃反射中心坐标(x3，y3)、俯角(θ1)、虚像中心坐标(x4，y4)都变化。
图15a和图15b示出图8的反射镜调整方式2(实施例之一)的情况的解析结果。将针对各视点a、b、c的解析结果在图15a中用表格示出、在图15b中用图形示出。在调整方式2中，以使挡风玻璃反射中心坐标(x3，y3)固定的方式改变反射镜的中心坐标(x2，y2)和反射镜的旋转角(θ2)。
图16a和图16b示出图9的反射镜调整方式3(实施例之一)的情况的解析结果。将针对各视点a、b、c的解析结果在图16a中用表格示出、在图16b中用图形示出。在调整方式3中，以使俯角(θ1)固定的方式改变反射镜的中心坐标(x2，y2)。在该方式中，使反射镜的旋转角(θ2)固定。
图17a和图17b示出图10的反射镜调整方式4(实施例之一)的情况的解析结果。将针对各视点a、b、c的解析结果在图17a中用表格示出、在图17b中用图形示出。在调整方式4中，以使虚像中心坐标(x4，y4)固定的方式改变反射镜的中心坐标(x2，y2)和反射镜的旋转角(θ2)。
这样，用于追踪视点的变化的反射镜的中心坐标(x2，y2)和旋转角(θ2)的调整量在各调整方式2-4中不同，另外需要使中心坐标(x2，y2)和旋转角(θ2)的值连动地变化。因此，在反射镜调整部18中，将各调整方式中的与视点的各位置对应的反射镜的中心坐标(x2，y2)和旋转角(θ2)的调整量关联起来存储，保持该关系地进行调整。此外，设为驾驶员一边观察显示影像一边确定反射镜的最佳调整量(坐标和旋转角)。即，反射镜调整部18从hud反射镜调整传感器122获取来自驾驶员的操作信号，判断调整动作的结束点。
此外，在上述各解析中，说明了视点在高度方向(y方向)上变化的情况，但在视点在前后方向(x方向)上变化的情况下，也能够通过应用在图13中叙述的解析手法进行与各调整方式2-4同样的反射镜调整。
根据实施例1，能够以即使驾驶员的眼睛的位置变化而挡风玻璃反射位置、虚像位置也不移动的方式进行反射镜的调整，所以驾驶员能够更适宜地无不协调感地观察影像。由于其中使用的反射镜调整机构能够通过简单的构造实现，所以装置不会大型化而能够容易地搭载于车辆。
实施例2
实施例1为驾驶员观察影像来确定反射镜调整中的最佳位置的结构、即手动调整方式。相对于此，实施例2为计算驾驶员的眼睛的位置并与其对应地将反射镜的位置自动地调整到最佳状态的方式。为了检测驾驶员的眼睛的位置，在本实施例中，根据驾驶员的位置、重量求出驾驶员的重心位置，根据重心位置计算眼睛的位置。
由此，在驾驶员交替给其他驾驶员时、或者在虽是同一驾驶员但其驾驶姿势变化时，能够追踪此时的驾驶员的眼睛的位置而进行最易于观察的影像显示。此外，反射镜的调整机构采用在实施例1中叙述的各调整方式，反射镜驱动部4构成为使反射镜的坐标和旋转角连动地进行调整。
图18是示出为了反射镜自动调整而使用的车辆内各种传感器的例子的图。作为检测驾驶员的重量的重量传感器(测压元件、变位传感器等)119，分别设置于驾驶席的头枕119a、背面119b、座面119c。另外，作为检测驾驶员的位置的位置传感器120，设置于头枕(高度位置)120a、背面(倾斜)120b、座面(前后位置)120c。通过它们，控制部10内的重心计算部19计算驾驶员的驾驶姿势和体格信息(身高、体重)，导出驾驶员的重心位置65以及视点8的位置。在此，根据体格信息推测重心位置65和视点8的关系。
如果知道视点8的位置，则如在实施例1中所述的那样，反射镜调整部18计算反射镜调整量，经由反射镜驱动部4将反射镜3的位置、角度调整到最佳。反射镜调整部18预先存储有与视点8的各位置对应的反射镜的最佳调整量(坐标和旋转角)，所以能够将反射镜自动地调整到最佳状态。进而，在驾驶中监测驾驶员的重心位置，在重心位置偏移的情况下，判断为视点位置也变化，追踪其并自动地修正，以使得反射镜成为最佳状态。
重心位置的偏移方向即视点的偏移方向不仅有高度方向，从驾驶员来看还可能有前后方向、左右方向。如实施例1中所述那样进行针对高度方向的应对，关于前后方向的变化，也能够将反射镜调整到最佳。此外，在左右方向上变化的情况下，从驾驶员观察的影像发生失真，所以通过利用失真校正部16实施影像的校正处理来应对。
图19是示出反射镜自动调整的动作的流程图。(a)示出初始调整，(b)示出驾驶中的调整。
在(a)的初始调整(s300)中，经由车辆信息获取部5从重量传感器119获取检测结果(s301)，另外从位置传感器120获取检测结果(s302)。控制部10的重心计算部19根据这些检测结果计算驾驶员的身高、体重(s303)，计算重心位置65和视点8位置(s304)。将计算出的值存储为初始值。根据计算出的视点的位置，反射镜调整部18计算反射镜调整量，经由反射镜驱动部4将反射镜3的位置、角度调整到最佳(s305)。之后，转移到hud通常动作(s306)。
在(b)的驾驶中的调整(s310)中，重心计算部19监测驾驶员的重心位置，监视重心位置的从初始值的变化(s311)。在重心位置在上下方向上移动的情况下(在s312中“是”)、或者在重心位置在前后方向上移动的情况下(在s313中“是”)，通过反射镜调整部18运算与移动量对应的反射镜调整量(s314)，经由反射镜驱动部4调整反射镜3的位置、角度(s315)。另外，在重心位置在左右方向上移动的情况下(在s316中“是”)，通过失真校正部16实施影像的失真校正(s317)。之后，返回到重心位置监测(s311)，反复进行上述流程。
根据以上的流程，即使在驾驶员交替的情况下或者在驾驶中的姿势变化的情况下，显示影像也会追踪其而不会脱离驾驶员的视线，所以对于驾驶员而言使用性优良。
此外，有使用照相机以检测驾驶员的眼睛的位置的方法，但存在以下的缺点。在照相机方式的情况下，通过图像识别检测驾驶员的视线位置，但检测精度受周围的环境、气候等影响。特别是在夜间驾驶时的暗的状况下，由于车内的光量、对比度降低，检测精度大幅降低，追踪性能变差。另外，一般在驾驶中视线会频繁地移动，如果将其逐一追踪而实施反射镜调整，则有可能给驾驶员带来眼睛的疲劳、眩晕等恶劣影响。
相对于此，在本实施例中，使用重量传感器、位置传感器等来计算驾驶员的重心位置而进行与重心移动对应的追踪控制。因此，检测值稳定而显示影像也稳定，所以不会给驾驶员带来不协调感。
在上述实施例1、2中，说明了根据驾驶员的眼睛的位置(视点)使影像的显示区域主要在上下方向上移动的结构。在以下的实施例3～5中，说明使影像的显示区域沿左右方向移动的结构。
实施例3
在实施例3中，说明为了使影像的显示区域在左右方向上移动而使hud整体在仪表板内左右移动的结构。例如在以下情况下需要使显示区域在左右方向上移动。
(1)驾驶员的眼睛的位置(视点)在左右方向上移动的情况。
(2)驾驶员的姿势(重心位置)在左右方向上移动的情况。
(3)根据驾驶操作(驾驶盘操作、方向指示器)而车辆行驶方向变化的情况。
(4)根据道路引导(左右拐标识、交叉点距离)而驾驶员的视线方向变化的情况。
(5)由于障碍物(加塞车、突然闯入的行人)而驾驶员的视线方向变化的情况。
将这些状况的变化通过搭载于车辆的信息获取设备(各种传感器等)获取为车辆信息，hud的控制部构成为自动地在最佳的位置显示影像。首先，从整体结构进行说明。
图20是示出抬头显示器100a的内部结构的框图。与本实施例关联地追加有使hud100a整体左右移动的功能。此外，在图20中，与后述实施例4、5关联地，记载为包括将影像显示装置2设置于车辆的顶棚而投射的情况和作为反射镜3使用能够切换反射/非反射的调光反射镜30的情况。
对上述图2的结构追加的功能如下。hud位置调整部24确定hud100a的移动位置，向hud驱动部25发送控制信号。hud驱动部25如后所述具有导轨、驱动马达，使hud100a左右移动。投射角调整部26在将影像显示装置2设置于车辆的顶棚的情况下确定其投射方向(投射角)，投射角驱动部27使影像显示装置2的投射部的方向变化。在使用调光反射镜30的情况下，调光反射镜控制部28产生调光反射镜30的反射/非反射的切换信号，调光反射镜电压供给部29对调光反射镜30施加预定的电压而切换镜面状态(on状态)和透明状态(off状态)。
图21是示出与车辆信息50的获取相关的硬件结构的例子的框图。对上述图3的结构追加有方向指示器传感器123。在本实施例中，为了使显示区域在左右方向上自动地移动，例如使用以下的传感器。
(1)驾驶员的眼睛的位置…照相机(车内)115
(2)驾驶员的姿势…重量传感器119、位置传感器120
(3)驾驶操作…驾驶盘转向角传感器103、方向指示器传感器123
(4)道路引导…gps接收机117、vics接收机118
(5)障碍物…照相机(车外)116
来自这些传感器的信号经由电子控制单元(ecu)11被传送到hud位置调整部24，hud驱动部25使hud的位置移动到最佳的位置而显示影像。
图22是示出从驾驶席观察到的影像显示状态的例子的图。经由挡风玻璃7重叠于前方的风景而显示有影像(在该例子中车速值“60km/h”)。使该显示位置(即挡风玻璃7上的反射位置70)例如与驾驶盘73的操作连动地在左右方向上移动。为此，构成为能够使收纳于仪表板71的下部的hud100a沿着驱动用的槽72左右移动。
图23是示出影像显示动作的车辆内的剖面图。在仪表板71中形成槽72而收纳有hud100a。hud100a能够通过hud驱动部25沿着槽72在附图的纵深方向上移动。从hud100a投射的影像光被挡风玻璃7(在反射位置70)反射而入射到驾驶员的眼睛8，从而驾驶员在反射位置70的前方看到虚像9。
图24是示出影像显示动作的车辆内的俯视图。利用hud驱动部25(在此使用驱动带)使hud100a的位置在左右方向上移动，从而能够使从驾驶员的眼睛8观察到的影像的反射位置70即前方的虚像9的位置移动，如图22所示那样使影像的显示位置在左右方向上移动。
图25a和图25b是示出hud驱动部25的具体的驱动机构的2个方式的图。
图25a是曲线轨道驱动方式的情况，(a)示出车内立体图，(b)示出驱动部的俯视图，(c)示出驱动部的放大图。hud100a组装固定于移动台79上，移动台79通过组装于平台的马达75的驱动力而沿着曲线轨道74在左右方向上移动。马达75的驱动力被传递到直接连接的驱动辊(驱动传动装置)，构成为通过与曲线轨道74的传动装置咬合而使移动台79行进。在该情况下，通过使用曲线轨道74，能够根据曲率同时改变hud100a的投射方向(左右方向的角度)，根据左右移动位置以从驾驶席来看最佳的投射角显示影像。马达75的种类没有特别限定，可以是步进马达、伺服马达。
图25b是直线轨道+旋转驱动方式的情况，(a)示出车内立体图，(b)示出驱动部的侧视图，(c)示出驱动部的放大图。hud100a经由旋转工作台78组装于移动台79上，移动台79通过马达75和驱动带76而沿着直线状的引导轴77在左右方向上移动。移动台79固定于驱动带76上的预定位置，驱动带76在传递马达75的驱动力的驱动辊(或者滑轮(pulley))与设置于相反侧的从动辊(或者滑轮)之间进行往返运动。旋转工作台78用于改变hud100a的投射方向，由此能够根据hud100a的左右移动位置以最佳的投射角显示影像。在该情况下，马达75也没有特别限定，可以是步进马达、伺服马达。
图26是示出基于hud位置调整的显示区域移动动作的流程图。以上述图5(b)的hud通常动作为基础，追加有用于hud位置调整的工序。以下，以与驾驶盘操作连动地使显示区域移动的情况为例子进行说明。
在s111中，在获取到来自驾驶盘转向角传感器103的转向角信息作为车辆信息50时，在s401中hud位置调整部24计算与转向角信息对应的合适的hud位置。因此，预先确定针对转向角的方向和大小的合适的显示位置(即hud位置)。作为一个例子，设定为显示位置的左右方向上的移动量与转向角的大小大致成比例。
在s402中，hud位置调整部24判定当前的hud位置是否为合适的hud位置。如果是合适的位置，则进入到s405，如果与合适的位置不同，则进入到s403，进行hud位置调整处理。
在s403的hud位置调整中，通过hud驱动部25(马达75、驱动带76等)使hud移动至合适的位置，另外与hud位置对应地还调整投射方向。在s404中，更新与移动后的hud位置对应的失真校正的设定。其中，由于显示位置左右移动而从驾驶员观察到的影像发生失真，所以变更利用失真校正部16进行的影像的校正处理的设定。
在s405中，判定是否变更了hud位置或者是否接受到反射镜调整信号。在“是”的情况下，在s113中进行反射镜调整处理。其中，与hud位置移动相伴地，相对挡风玻璃7的影像投射角和反射面的曲率的关系变化，所以有时从驾驶员观察到的显示影像的仰俯角变化。为了使该仰俯角固定，调整反射镜的上下方向的角度。此外，也可以对hud驱动机构设置前后方向的梯度等，利用该梯度吸收与hud移动相伴的显示影像的仰俯角的变化。
s114及其以后与上述图5(b)相同，所以省略说明。
在此，以驾驶盘转向角的变化为例子说明了使影像的显示区域在左右方向上移动，当然对上述(1)～(5)中的任意一个的状态变化也能够同样地应用。
根据本实施例，由于根据驾驶员的眼睛的位置、驾驶状况而影像的显示区域左右移动，所以具有能够与驾驶员的视线的变化对应地适当显示影像的效果。
实施例4
实施例4也是使影像显示区域在左右方向上移动的实施例，构成为对车辆内顶棚设置投射方向可变的影像显示装置并使设置于仪表板上的反射镜左右移动。
图27是示出从驾驶席观察到的影像显示状态的例子的图。影像显示装置2设置于顶棚，投射方向构成为左右可变。另一方面，在仪表板71上构成为通过反射镜驱动带46使接受来自影像显示装置2的影像投射光的反射镜3移动。反射镜3的移动位置与影像显示装置2的投射方向连动。由此，能够使影像的反射位置70在左右方向上移动。
图28是示出影像显示动作的车辆内的剖面图。影像显示装置2构成为设置于顶棚而通过投射角驱动部27改变投射方向。仪表板71上的反射镜3构成为通过作为反射镜驱动部4的一个机构的反射镜驱动带46而在附图的纵深方向上移动。由此，能够使虚像9的显示位置在左右方向上移动。
图29是示出基于投射角和反射镜位置调整的显示区域移动动作的流程图。对上述图5(b)的hud通常动作追加有用于投射角和反射镜位置调整的工序。在此，也以与驾驶盘操作连动地使显示区域移动的情况为例子进行说明。
在s111中，在获取到来自驾驶盘转向角传感器103的转向角信息作为车辆信息50时，在s411中投射角调整部26计算与转向角信息对应的合适的影像显示装置2的影像投射角。为此，预先确定针对转向角的方向和大小的合适的影像投射角。
在s412中，投射角调整部26判定当前的影像投射角是否为合适的影像投射角。如果是合适的投射角，则进入到s416，如果与合适的投射角不同，则进入到s413，进行投射角和反射镜位置调整处理。
在s413的影像投射角调整处理中，通过投射角驱动部27使设置于顶棚的影像显示装置2旋转而进行调整以使影像投射方向成为合适的投射角。在s414中，伴随投射角的变更，通过反射镜驱动部4(反射镜驱动带46)使反射镜3移动到与投射方向对应的位置。在s415中，更新与移动后的反射镜位置对应的失真校正的设定。其中，由于显示位置左右移动而从驾驶员观察到的影像发生失真，所以变更利用失真校正部16进行的影像的校正处理的设定。
在s416中，判定是否变更了反射镜位置或者是否接受到反射镜调整信号。在“是”的情况下，在s113中进行反射镜调整处理(角度调整)。其中，由于与反射镜位置移动相伴地相对挡风玻璃7的影像投射角和反射面的曲率的关系变化，所以有时从驾驶员观察到的显示影像的仰俯角变化。为了使该仰俯角固定，调整反射镜的上下方向的角度。此外，也可以对反射镜驱动机构设置前后方向的梯度等，根据该梯度吸收与反射镜移动相伴的显示影像的仰俯角的变化。
s114及其以后与上述图5(b)相同，所以省略说明。
在该流程图中，根据转向角由投射角调整部26先确定影像显示装置2的影像投射角，与其对应地由反射镜驱动部4使反射镜3移动，但反过来，也可以根据转向角由反射镜调整部4先确定反射镜3的移动位置，与其对应地由投射角驱动部27改变影像投射角。
在此，也以驾驶盘转向角的变化为例子说明了使影像的显示区域在左右方向上移动，当然对上述(1)～(5)中的任意一个的状态的变化也能够同样地应用。
根据本实施例，由于并非设置hud整体的移动机构而设置仅反射镜的移动机构，所以结构简单并且显示位置的移动速度提高。
实施例5
实施例5也是使影像显示区域在左右方向上移动的实施例，构成为对车辆内顶棚设置宽视角的影像显示装置，在仪表板上在左右方向上配置多个调光反射镜，切换各调光反射镜的反射/非反射状态。
图30是示出从驾驶席观察到的影像显示状态的例子的图。将宽视角的影像显示装置2设置于顶棚，并且在仪表板71上在左右方向上配置有多个调光反射镜30。影像显示装置2具有宽视角的显示特性，所以能够对各调光反射镜30同时照射影像光。在此，调光反射镜30是能够通过施加预定的电压而切换反射状态(＝镜面状态)和非反射状态(＝透明状态)的设备。即，在反射状态的调光反射镜30的位置显示影像(on状态)，在非反射状态的调光反射镜30的位置不显示影像(off状态)。通过选择设为反射状态(on状态)的调光反射镜30，能够使影像的反射位置70在左右方向上移动。
图31是示出影像显示动作的车辆内的剖面图。宽视角的影像显示装置2设置于顶棚，在仪表板71上在附图的纵深方向上配置有多个调光反射镜30。调光反射镜控制部28选择设为反射状态(on状态)的调光反射镜30，利用调光反射镜电压供给部29施加预定电压，从而能够使虚像9的显示位置在左右方向上移动。
图32是示出基于调光反射镜的反射/非反射状态的切换的显示区域移动动作的流程图。对上述图5(b)的hud通常动作追加有用于调光反射镜的切换的工序。在此，也以与驾驶盘操作连动地使显示区域移动的情况为例子进行说明。
在s111中，在获取到来自驾驶盘转向角传感器103的转向角信息作为车辆信息50时，在s421中调光反射镜控制部28计算与转向角信息对应的合适的影像显示区域。因此，预先确定针对转向角的方向和大小的合适的影像显示区域。
在s422中，调光反射镜控制部28判定当前的影像显示区域(作为on状态的调光反射镜的位置)是否为合适的显示区域。如果为合适的显示区域，则进入到s425，如果与合适的显示区域不同，则进入到s423，进行调光反射镜30的切换处理。
在s423的调光反射镜切换处理中，通过调光反射镜电压供给部29对与合适的显示区域对应的调光反射镜30施加预定电压而切换为反射状态(on状态)，其他调光反射镜30切换为非反射状态(off状态)。在s424中，更新与切换为on状态的调光反射镜对应的失真校正的设定。其中，由于显示位置左右移动而从驾驶员观察的影像发生失真，所以变更利用失真校正部16进行的影像的校正处理的设定。
在s425中，判定是否切换了调光反射镜或者是否接受到反射镜调整信号。在“是”的情况下，在s113中进行反射镜调整处理(角度调整)。其中，由于与on状态的调光反射镜位置移动相伴地相对挡风玻璃7的影像投射角和反射面的曲率的关系变化，所以有时从驾驶员观察到的显示影像的仰俯角变化。为了使该仰俯角固定，调整调光反射镜的上下方向的角度。此外，也可以在配置多个调光反射镜30时根据各反射镜的位置设置前后方向的梯度，从而吸收与反射镜切换相伴的显示影像的仰俯角的变化。
s114与上述图5(b)相同，省略说明。
在此，也以驾驶盘转向角的变化为例子说明了使影像的显示区域在左右方向上移动，当然对上述(1)～(5)中的任意一个的状态的变化也能够同样地应用。
根据本实施例，无需反射镜的移动机构，所以hud结构更简单并且能够高速地切换显示位置。
实施例6
在实施例6中，说明使显示区域放大的结构。1台hud所能进行影像显示的区域的尺寸受反射镜的尺寸等的限制。在本实施例中，构成为通过一边使反射镜高速运动一边显示影像而使显示区域放大。
图33是示出从驾驶席观察到的影像显示状态的例子的图。从设置于仪表板71的下部的hud射出影像光，显示于挡风玻璃7的反射位置70。在该例子中，在反射位置70使多个部分图像a、b、c一边在上下方向上移动一边交替地进行显示，由此与显示单一图像(例如仅图像b)的情况相比，能够放大显示区域。
图34是示出影像显示动作的车辆内的剖面图。从影像显示装置2射出的影像光被反射镜3和在挡风玻璃的反射位置70反射，驾驶员将影像视觉辨认为虚像9。此时，一边利用反射镜驱动部4使反射镜3旋转预定角度θ一边进行显示，能够使反射位置70以及虚像9的显示位置如a、b、c那样在上下方向上移动。另外，与反射镜的旋转位置(即显示位置a、b、c)同步地使图33所示的对应的部分图像a、b、c显示。或者反过来，也可以与生成部分图像a、b、c的定时同步地控制反射镜的旋转位置。能够通过改变相对图像整体的上下方向的切出位置(描绘开始位置)来生成部分图像a、b、c。
利用反射镜驱动部4进行的反射镜的运动既可以是a～c之间的往返运动也可以是单向的旋转运动，在运动图像的情况下以追踪其变化速度的方式高速运动。另外，在反射镜的运动为连续运动时，显示图像的定时限于反射镜的旋转位置与各部分图像的显示位置一致的定时，所以有效的显示时间(占空比)变短。因此，为了延长有效的显示时间，优选反射镜的运动并非连续运动而为间歇运动(步进进给)。
图35是示出基于反射镜运动的放大影像显示动作的流程图。对上述图5(b)的hud通常动作追加有反射镜运动和显示图像切换的工序。
在s501中，通过反射镜驱动部4开始反射镜3的往返(或者旋转)运动。在此，为了简单起见，将反射镜运动设为连续运动。在s502中，显示元件驱动部17确定显示图像的分割方法(例如分割为部分图像a、b、c)，反射镜调整部18设定用于显示各部分图像a、b、c的反射镜角度(显示角度)θa、θb、θc而存储到存储器14。
在s503中，从反射镜驱动部4获取当前的反射镜的角度θ，在s504中，反射镜调整部18将当前的反射镜角度θ与显示角度θa、θb、θc进行比较。在比较的结果是当前的反射镜角度θ与任意的显示角度θa、θb、θc都不同的情况下进入到s505，显示元件驱动部17对影像显示装置2输出黑图像。或者，也可以通过光源调整部15将光源21设为off。
在比较的结果是当前的反射镜角度θ与显示角度θa一致的情况下进入到s506，显示元件驱动部17切出部分图像a并输出到影像显示装置2而显示。同样地，在当前的反射镜角度θ与显示角度θb一致的情况下进入到s507，切出部分图像b而显示。在当前的反射镜角度θ与显示角度θc一致的情况下进入到s508，切出部分图像c而显示。
在s112中，判定是否接受到反射镜调整信号，在接受到的情况下进入到s509，根据反射镜调整信号变更在上述s502中设定的显示角度θa、θb、θc的值。s114及其以后与上述图5(b)相同。
这样，通过反复执行s503～s117，交替地显示部分图像a、b、c，其结果是能够显示整体图像。根据本实施例，能够使用1台hud使影像的显示区域放大而使大画面的影像显示。
本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外能够对某个实施例的结构加上其他实施例的结构。另外，能够对各实施例的结构的一部分进行其他实施例的结构的追加、删除、置换。